4. Cấu trúc nội dung của luận án
2.6.1. Giải pháp thiết kế
Thông thường một thiết bị mạng có chức năng tiết kiệm năng lượng tiêu thụ thì nó thường hoạt động ở hai chế độ: chế độ làm việc (working mode) và chế độ ngủ (sleep mode). Khi thiết bị xử lý lưu lượng truy cập, nó hoạt động ở chế độ làm việc. Khi không có lưu lượng để xử lý, thiết bị chuyển qua chế độ ngủ để tiết kiệm năng lượng. Như vậy, năng lượng tiêu thụ của một thiết bị mạng nói chung có thể được mô hình hóa như sau:
E = Pworking * Tworking + Psleep * Tsleep (2.2) Trong đó Tworking và Tsleep là thời gian thiết bị hoạt động ở chế độ làm việc và chế độ ngủ, Pworking và Psleep là công suất tiêu thụ của thiết bị tương ứng trong mỗi chế độ. Trong các công trình được công bố [31][30] công suất tiêu thụ của một chuyển mạch NetFPGA được tính bằng phương trình dưới đây:
P(f) = PC(f) + KPE(f) +NIEp(f) + RIEr(f) + R0Et(f) (2.3) Trong đó f là tần số hoạt động của NetFPGA. Dựa vào công thức (2.3) ta thấy năng lượng tiêu thụ của chuyển mạch phụ thuộc vào tần số hoạt động.
Ngoài ra, bình thường khi một gói tin được gửi đến một chuyển mạch OpenFlow, chuyển mạch nhận được hoàn toàn gói tin này trong hàng đợi thì nó mới bắt đầu xử lý và chuyển tiếp đến các thiết bị khác trong mạng. Do vậy, để tăng sự tiết kiệm năng lượng cho chuyển mạch OpenFlow, chúng ta có thể tăng thời gian Tsleep bằng cách cho gói tin chứa trong hàng đợi đầu vào và chờ đợi đến một ngưỡng lớn nhất có thể mà không ảnh hưởng
45
đến chất lượng truyền dữ liệu thì chuyển mạch sẽ tự động được đánh thức (Wake up) để xử lý và chuyển tiếp các gói tin.
Từ đó, tác giả đã đề xuất một giải pháp mới để tiết kiệm năng lượng cho chuyển mạch như sau:
Khi gói tin đi vào chuyển mạch, nó sẽ được chứa trong các hàng đợi, hệ thống sẽ chuyển về chế độ hoạt động bình thường (f = 125MHz) trong các trường hợp sau: Khi số gói tin đi vào lớn hơn số gói tin lớn nhất (Max Packet Number) hoặc khi chiều dài hàng đợi lớn hơn chiều dài hàng đợi lớn nhất (Max Queue Length) hoặc khi thời gian đợi của gói tin lớn hơn Wait Timeout (sau khi 1 gói tin đầu tiên nhận hoàn chỉnh thì Wait Timeout bắt đầu được tính) như mô tả trên Hình 2.21. Khi hệ thống xử lý xong các gói tin đang chờ và các gói tin mới đến hoàn chỉnh ở trong hàng đợi. Nếu không còn gói tin đến hoặc gói tin đến đang đợi mà hết thời gian Idle Timeout thì hệ thống sẽ sleep (chuyển tần số về 0 MHz) để tiết kiệm năng lượng.
Chiều dài hàng đợi lớn nhất Số gói tin lớn nhất Tín hiệu đầu ra Th i gian h Tín hiệu đầu vào Th i gian (Phút) Lư u lư ợ ng (M bp s)
Hình 2.21. Hoạt động của chuyển mạch tự động tiết kiệm năng lượng